Магнитостратиграфия верхнеюрских и нижнемеловых отложений Большехетской структурной террасы

Полный текст

Введение

Западно-Сибирская нефтегазоносная провинция (НГП) является уникальным геологическим образованием. Кроме огромных запасов углеводородов (УВ), она характеризуется закономерным изменением в латеральном направлении мощности нефтематеринской баженовской свиты, в субмеридианальном направлении – фазового состава и степени концентрирования УВ, возраста вмещающих осадочных пород и др.

В южной части Западной Сибири преобладают небольшие преимущественно нефтяные месторождения, локализованные в юрских отложениях и на юго-востоке Западной-Сибирской НГП в доюрском фундаменте. Самые северные территории преимущественно газовые, как правило, в меловых отложениях, с уникальными по запасам месторождениями и самой высокой степенью концентрированности этих запасов. По состоянию на 1994 г. на севере Западной Сибири «77,9 % разведанных запасов газа содержится в 18 уникальных месторождениях» из 40 открытых [1].

В результате интенсивной разработки месторождений к настоящему времени в них остались в основном трудно извлекаемые запасы (ТрИЗ), требующие для извлечения УВ из скважин специальные технологии, дополнительные ассигнования и временные затраты.

В случае долгосрочной перспективы в нефтяной и газовой отраслях обозначаются свои приоритетные направления восполнения минерально-сырьевой базы России. В нефтяной отрасли это, конечно, всестороннее изучение нефтематеринской баженовской свиты как носителя сланцевой нефти, геофизического репера [2, 3]. Приоритетным направлением в газовой отрасли являются поиски новых месторождений в слабо изученной шельфовой части и на прилегающей суше Арктической зоны Западной Сибири [4]. За последнее десятилетие именно здесь было открыто четыре уникальных по запасам УВ месторождения. Продвижение поисковых работ в северном направлении определяет востребованность информации о стратиграфической, в том числе и магнитостратиграфической, корреляции осадочных толщ.

Большехетская структурная терраса в геофизических полях

Большехетская структурная терраса с локализованными в ней Лодочным, Ванкорским и Сузунским месторождениями УВ располагается в северо-восточной части Западно-Сибирской НГП. Большехетская структурная терраса и прилегающие территории севера Западной Сибири слабо изучены глубоким бурением, поэтому значительная часть геологической информации получена с использованием результатов интерпретации геофизических материалов, прежде всего сейсморазведки.

 

Рис. 1. Схема нефтегазогеологического районирования исследуемой территории [5–7]: 1 – границы перспективных земель; 2 – границы нефтегазоносной области (НГО); 3 – границы нефтегазоносных районов (НГР); 4 – окрас НГО; 5 – номера НГР; 6 – изученные скважины: ГР4 – Горчинская 4, ВСз2 – Восточно-Сузунская 2, Пнд1 – Пендомаяхская 1 и ВЛд1 – Восточно-лодочная 1, 7–9 – месторождения УВ: газовые (7), газо-нефтяные (8) и нефтегазоконденсатные (9); 10 – граница Большехетской структурной террассы

Fig. 1. Diagram of oil and gas geological zoning of the studied territory [5–7]: 1 – boundaries of prospective lands; 2 – boundaries of the oil and gas-bearing region (OGR); 3 – boundaries of the oil and gas-bearing district (OGD); 4 – OGR color; 5 – OGD numbers; 6 – wells studied: GR4 – Gorchinskaya 4, VSz2 – Vostochno Suzunskaya 2, Pnd1 – Pendomayakhskaya 1 and VLd1 – Vostochno Lodochnaya 1, 7–9 – hydrocarbon fields: gas (7), gas-oil (8) and condensate gas-oil (9); 10 – boundary of the Bolshekhetskaya structural terrace

 

На рис. 1 представлена структурная карта зоны сочленения Гыданской нефтегазоносной области (НГО) Западно-Сибирской НГП и Енисей-Хатангской НГО Лено-Тунгусской НГП по отражающему горизонту М (кровля малохетской свиты, нижний мел, апт) [5–7]. Основанием же наиболее продуктивного (в регионе) неокомского (берриас-нижнеаптского) мегакомплекса является отражающий горизонт Б. На основной части Западной Сибири это баженовская свита, в рассматриваемом регионе, в том числе и в пределах Большехетской структурной террасы, – это яновстанская свита. Яновстанская свита, в отличие от своего временного аналога, более мощная и отличается ухудшением отражательной способности сейсмических волн.

 

Рис. 2. Структурная карта исследуемого региона по кровле малохетской свиты [5]: 1 – поисковые и разведочные скважины; 2 – названия площадей; 3 – сейсмические профили МОГТ; 4 – граница зоны выклинивания малохетской свиты; 5 – надпорядковые тектонические элементы: II – Таймырская антеклиза, III – Антипаютинско-Тадебеяхинская синеклиза, IV – Мессояхская гряда, V – Большехетская мегасинеклиза, VI – Предъенисейская мегамоноклиналь

Fig. 2. Structural map of the study region for the roof of the Malokhetskaya Formation [5]: 1 – search and exploration wells; 2 – area names; 3 – seismic profiles of method CDP (common depth point method); 4 – boundary of the pinching-out zone of the Malokhetskaya Formation; 5 – supra-order tectonic elements: II – Taimyr anteclise, III – Antipayutinsko-Tadebeyakha syneclise, IV – Messoyakha ridge, V – Bolshekhetskaya megasyneclise, VI – Predyeniseiskaya megamonocline

 

Из надпорядковых тектонических элементов по отражающему горизонту М наиболее ярко, интенсивной отрицательной аномалией, выделяется Большехетская мегасинеклиза (рис. 2), ограниченная с севера Мессояхской грядой поднятий, а с востока – Большехетской структурной террасой. Характерные для пород неокомского мегакомплекса клиноформные структуры обнаруживаются по сейсмическим данным преимущественно к северу от Мессояхской гряды. На месторождениях Большехетской структурной террасы по сейсмическим данным клиноформы не обнаруживаются и отложения нижнехетской и суходудинской свит представлены плоскопараллельными шельфовыми пластами. По сейсмическим данным нет клиноформ и в Таймырской антеклизе. Отсутствие клиноформ представляется благоприятным условием для использования магнитостратиграфических исследований для корреляции осадочных отложений на больших территориях, так называемых удаленных корреляций. Большехетская мегавпадина, локальные поднятия Большехетской структурной террасы и Таймырской антеклизы образовались преимущественно в постсеноманский период.

Ценную информацию о расположении месторождений УВ в регионе можно получить также из результатов аэрогеофизических исследований гравитационного и магнитного полей [8]. Оба метода отображают преимущественно физические неоднородности фундамента: гравиразведка, потому что это самый глубинный метод (из методов потенциальных полей) и граница «осадочный чехол – фундамент» самая градиентная по плотности; магниторазведка, потому что осадочный чехол практически немагнитный для аэросъемки и значимые для аэросъемки петромагнитные неоднородности локализованы в фундаменте. Отметим следующие выявленные закономерности.

Аномалии магнитного и гравитационного полей хорошо согласуются между собой. Наиболее интенсивной линейной аномальной зоной отображается Уренгойско-Колготорский грабен-рифт, пересекающий всю Западносибирскую НГП в субмеридианальном направлении. Простирание и геофизическое отображение грабен-рифта резко меняется севернее 63° широты.

Грабен-рифт смещается в западном направлении, в аэрогеофизических полях отображаются места локализации гигантских и уникальных по запасам месторождений УВ. В магнитном поле это отрицательная магнитная аномалия, обрамленная сложной положительной аномалией. В гравитационном поле эта часть грабен-рифта отмечается масштабной отрицательной аномалией с локальным минимумом 10 мГал, соответствующим положению Уренгойского месторождения. Поскольку сейсмические данные указывают на повышение поверхности фундамента здесь и в подобных случаях Западной Сибири, то Уренгойскую отрицательную гравитационную аномалию следует рассматривать как субвертикальную зону разуплотнения.

Она же является центром кольцевой структуры из гигантских и уникальных по запасам месторождений – Медвежье, Ямбург, Заполярное и др. По магнитному полю эта структура несколько асимметрична. В восточном направлении увеличивается доля и интенсивность положительных магнитных аномалий, а также доля нефти в составе месторождений УВ. Заполярное месторождение, расположенное к востоку от Уренгоя, образует собственную кольцевую структуру меньшего порядка, пересечение которой с отражающимся в геофизических полях субмеридианальным нарушением предположительно рифтогенной природы соответствует месту локализации месторождения Ванкор в пределах Большехетской структурной террасы. Ванкор отличается от Заполярного месторождения понижением интервала нефтегазоносности, запасов УВ и значительным увеличением в них доли нефти. Выявляемые глубинными геофизическими методами линейные и кольцевые образования отображаются в рельефе дневной поверхности Большехетской структурной террасы, на что указывают результаты интерпретации материалов мультиспектральных космических съемок [9].

Магнитостратиграфия. Методика палеомагнитных исследований

Магнитостратиграфия – самостоятельное научное направление в составе стратиграфии, имеющее собственные предмет (векторы естественной остаточной намагниченности горных пород), объект (магнитозоны) и метод (палеомагнитный) исследования, который базируется «на представлении о планетарном процессе развития главного магнитного поля как части общей эволюции Земли» [10].

Согласно Стратиграфическому кодексу России [11] магнитостратиграфия по принципу обоснования включает в себя два подразделения: магнитополярные и магнитные.

Магнитополярные подразделения основаны на временных изменениях геомагнитного поля (инверсии, экскурсы), планетарно изохронны, но их распознание требует комплексирования с биостратиграфическими методами. В комплексном варианте магнитостратиграфии доступны удаленные корреляции, в том числе и в бореальных областях.

Магнитные подразделения выделяются по совокупности численных магнитных свойств – магнитной восприимчивости, остаточной намагниченности и др. Наиболее информативны численные магнитные свойства в случае осадочных комплексов. В осадочных горных породах первичной является ориентационная остаточная намагниченность, отличающаяся аномально низкими значениями остаточной намагниченности (фактор Кенигсбергера меньше единицы). По этому признаку можно выделять образцы с вторичными изменениями.

Методика палеомагнитных исследований включает в себя: выбор объектов исследования, отбор образцов, их магнитную чистку, определение компонентного состава естественной остаточной намагниченности (ЕОН) [12–20].

Большехетская структурная терраса занимает удачное положение на северо-востоке Западносибирской НГП (рис. 1), которое позволяет проводить удаленные корреляции и на приарктические территории, и в центральные части НГП, вмещает уникальное по запасам УВ Ванкорское месторождение. Выбраны скважины Пендомаяхская 1, Восточно-Сузунская 2, Горчинская 4 и Восточно-Лодочная 1, вскрывшие исследуемый верхнеюрский-нижнемеловой интервал разреза, хорошо палеонтологически охарактеризованный.

Отбор образцов производился из интервалов нижнехетской и яновстанской свит по данным каппаметрии с хорошо выраженными магнитными свойствами. Образцы ориентированы «верх–низ». Из каждого образца керна выпиливались по два кубика с ребром 2 см, и задавалась система координат. Всего отобрано 200 образцов.

Первичные исследования образцов заключались в измерении их естественной остаточной намагниченности с помощью рок-генератора JR-6A. На каждом образце проводилось три независимых измерения. По результатам измерений модуль ЕОН большинства образцов резко понижен, что является обычным явлением для осадочных комплексов с ориентационной ЕОН. Отклонение от этой закономерности может быть вызвано вторичными процессами.

В составе ЕОН можно выделить следующие компоненты:

• «лабораторная вязкая намагниченность», которая удаляется с помощью временной магнитной чистки;
• «естественная вязкая намагниченность», вызванная длительным нахождением породы в земном магнитном поле, выявляется в процессе размагничивания переменным магнитным полем, может быть использована для ориентировки керна [21];
• «первичная остаточная намагниченность», сформированная при образовании породы и сохранившая информацию о полярности геомагнитного поля времени образования, выделяется как наиболее стабильный компонент при размагничивании переменным магнитным полем;
• «вторичная остаточная намагниченность» может быть выявлена по увеличению значения фактора Кенигсбергера [22].

Размагничивание переменным магнитным полем производилось устройством LDA-3A. Полное размагничивание эталонных образцов показало присутствие в составе ЕОН минимум двух компонентов [23]. Относительно нестабильный компонент, который разрушается при значениях переменного магнитного поля до 20–30 мТл, характеризуется высокими значениями наклонений и соответствует вязкой остаточной намагниченности. Первичный компонент ЕОН выделяется в переменном магнитном поле 30–40 мТл и может сохраняться до 60 мТл и более, отличается знакопеременным наклонением в диапазоне 30–60° и низкими палеомагнитными кучностями. Кроме низких значений ЕОН доказательством ее первичности может служить независимость геомагнитных инверсий от вариаций литологического, петрофизического и иного вещественного состава пород и схожесть палеомагнитной структуры одновозрастных образований в удаленных областях. Достоверность выделения палеомагнитной зоны подтверждалось тремя и более последовательно отобранными образцами.

Магнитостратиграфический разрез верхнеюрских и нижнемеловых отложений Большехетской структурной террасы

Для построения магнитостратиграфических разрезов необходима увязка палеомагнитных и биостратиграфических данных. Были привлечены опубликованные материалы, в которых решаются проблемы границы юры и мела [6, 24–32]. В первую очередь, это работа по стратиграфическим исследованиям верхнеюрских-нижнемеловых отложений Большехетской структурной террасы [6]. В ней приводятся результаты биостратиграфических исследований керна девяти глубоких скважин. Определения макрофаунистических остатков (двустворки и аммониты) выполнены А.Н. Алейниковым, определения микрофауны (фораминиферы) выполнены А.С. Семеновой.

Отложения нижней части берриасского яруса яновстанской свиты (K₁) охарактеризованы двустворчатыми моллюсками Buchia – представителями морского мелководья. В разрезе скважины Восточно-Лодочная 1 это b-слои с Buchia unschensis (верхняя часть слоев). Принадлежность яновстанской свиты к баженовскому горизонту Западной Сибири указывает также на бореальные условия ее образования [33].

В отложениях берриаса нижнехетской свиты (K₁) в разрезах всех скважин установлена фораминиферовая зона Gaudryina gerkei, Trochammina rosaceaformis KF1. В разрезе скважины Восточно-Сузунская 2 по аммонитам установлены две смежные зоны: Hectoroceras kochi и Surites icenii, относящиеся к средней части берриаса. В отложениях нижней части нижнего валанжина нижнехетской свиты в скважине Восточно-Лодочная 1 по аммонитам прослеживается а-зона Neotollia klimovskensis, по фораминиферам – зона Valanginella tatarica KF2 (нижняя часть зоны).

 

Рис. 3. Схема корреляции магнитостратиграфических разрезов скважин Пендомаяхской, Восточно-Сузунской, Горчинской и Восточно-Лодочной площадей: 1) прямая полярность; 2) обратная полярность; 3) нет данных [21]
Fig. 3. Correlation scheme for magnetostratigraphic sections of the Pendomayakhskaya, Vostochno Suzunskaya, Gorchinskaya, and Vostochno Lodochnaya areas wells: 1) normal polarity; 2) inverse polarity; 3) no data

 

Рис. 4. Схема сопоставления палеомагнитных разрезов скважин Пендомаяхской, Восточно-Сузунской, Горчинской и Восточно-Лодочной площадей и сводный магнитостратиграфический разрез Большехетской структурной террасы: условные обозначения – на рис. 2 [21] 
Fig. 4. Scheme of collation of paleomagnetic sections of the Pendomayakhskaya, Vostochno Suzunskaya, Gorchinskaya, and Vostochno Lodochnaya areas wells and a composite magnetostratigraphic section of the Bolshekhetskaya structural terrace: symbols are in the Fig. 2

 

Рис. 5. Схема корреляции магнитостратиграфической шкалы Большехетской структурной террасы с Мировой магнитостратиграфической шкалой: условные обозначения – на рис. 2 [21] 
Fig. 5. Correlation scheme of the magnetostratigraphic scale of the Bolshekhetskaya structural terrace with the World magnetostratigraphic scale: symbols are in the Fig. 2

 

Отложения верхней части нижнего валанжина суходудинской свиты (K₁) вскрыты в скважине Пендомаяхская 1 и охарактеризованы фораминиферовой зоной Gribrostomoides infracretaceous, C. sinuosus KF4.

На основании сопоставления биостратиграфических и палеомагнитных материалов, а также с учетом данных геофизических исследований скважин [34] и опубликованной информации [35] был составлен сводный магнитостратиграфический разрез пограничных юрско-меловых отложений Большехетской структурной террасы (рис. 3, 4) и сопоставлен с общей мировой магнитостратиграфической шкалой (рис. 5) [36].

Различный вклад магнитостратиграфической информации исследованных скважин в сводный разрез можно объяснить структурным положением этих скважин. Наиболее объемная информация содержится в скважинах Восточно-Лодочная 1 и, особенно, в Восточно-Сузунской 2, локализованных соответственно в Лодочном и Сузунском валообразных поднятиях, осложняющих структуру Большехетской террасы. Отсутствие в разрезе Восточно-Сузунской скважины 2 отложений Нх-IV восполняется их наличием в разрезе скважины Восточно-Лодочная 1. Сокращение объема и «разорванность» информации в Восточно-Лодочной 1 скважине обусловлено влиянием Ванкорской структуры, в скважинах Пендомаяхская 1 и Горчинская 4 – смещением разрезов в западном направлении и возможным влиянием Мессояхской гряды (в случае Горчинской 1).

Таким образом, сводный магнитостратиграфический разрез берриас-верхневолжского возраста отличается большим объемом отложений (105 м). В нем уверенно выделяются четыре магнитозоны, каждая состоит из двух подзон прямой и обратной полярности. Стратиграфический объем каждой подзоны в опорном разрезе сопоставлен с зональной аммонитовой шкалой берриаса. Зона Hectoroceras kochi, Surites icenii примерно отвечает хронам M15r, M16r, M16n. Граница волжского и берриасского ярусов располагается около рубежа хронов M17 и M18.

Заключение

На территории Большехетской структурной террасы в пределах Пендомаяхской, Восточно-Сузунской, Восточно-Лодочной и Горчинской площадей сформировалась мощная (более 100 м) терригенная толща мелководного генезиса – неравномерное тонкое переслаивание алевролита песчаного до глинистого с прослоями тонкозернистого алевритистого песчаника и аргиллита.

Отложениям берриасского возраста по палеонтологическим данным соответствует фораминиферовая зона Gaudryina gerkei, Trochammina rosaceaformis KF1, по аммонитам зоны – Hectoroceras kochi, Surites icenii.

Отсутствие клиноформ на данной территории, а также результаты аэрогеофизических исследований, подтверждающие высокий потенциал нефтегазоносности, во многом обосновали использование магнитостратиграфических исследований. Палеомагнитные исследования в некоторых местах разрезов выявили частые инверсии магнитного поля. При сопоставлении с биостратиграфией обнаружены частые смены полярности. Например, фораминиферовой зоне Gaudryina gerkei, Trochammina rosaceaformis KF1 в берриасе Восточно-Сузунской скважины 2 соответствует 7 инверсий. На фораминиферовую зону Ammodiscus veteranus, Evolutinella volossatovi JF52 (верхняя часть) Восточно-Лодочной скважины 2 приходится 4 смены полярности. Кроме того, сменой полярности богата та часть разреза, в которой не выявлено палеонтологических остатков (фораминиферы, аммониты, двустворки). Например, берриас – нижний валанжин в Горчинской скважине – характеризуется как минимум двумя сменами полярности. Из всего вышесказанного можно сделать вывод о высокой стратиграфической расчленяемой способности разреза с помощью палеомагнитного метода. Сопоставление с биостратиграфией позволило определить магнитохроны и сопоставить магнитостратиграфический разрез с общей мировой шкалой. Для изучения северо-восточных окраин Западно-Сибирской НГП и сопредельных территорий необходимы удаленные корреляции. В бореальных условиях это требует комплексирования биостратиграфических зон именно с палеомагнитными зонами, как явлениями планетарного масштаба, не зависящими от условий образования осадочных пород. Это подтверждается корреляцией Сводной магнитостратиграфической шкалы Большехетской структурной террасы и Общей мировой магнитостратиграфической шкалой, приведенной в заключительной части настоящей статьи.

Таким образом, по мере движения на север роль магнитостратиграфии в связи с открытием новых месторождений УВ будет только увеличиваться.

Об авторах

Антон Юрьевич Колмаков

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: antokolmakov@mail.ru

ассистент кафедры динамической геологии геолого-географического факультета

Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36

Виталий Павлович Меркулов

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: antokolmakov@mail.ru

кандидат геолого-минералогических наук

Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30

Анастасия Сергеевна Семенова

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Email: as.semenova87@mail.ru

инженер-исследователь геолого-географического факультета

Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36

Елизавета Николаевна Осипова

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: osipovaen@tpu.ru

доцент отделения геологии Инженерной школы природных ресурсов

Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30

Список литературы

Дополнительные файлы